ES2834398T3 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

Una batería secundaria de iones de litio que comprende un cátodo, un ánodo, un separador y un electrolito, en donde el ánodo comprende un colector de corriente negativa y una capa de material negativo, y la capa de material negativo comprende grafito que tiene un grado de grafitización del 94% a 98% y un tamaño de partícula promedio D50 de 6 μm a 18 μm como material activo negativo.A lithium ion secondary battery comprising a cathode, an anode, a separator, and an electrolyte, wherein the anode comprises a negative current collector and a negative material layer, and the negative material layer comprises graphite having a grade graphitization of 94% to 98% and an average D50 particle size of 6 µm to 18 µm as negative active material.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Batería secundaria de iones de litioLithium ion secondary battery

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[0001] La presente solicitud se refiere al campo de las baterías, y más particularmente, a una batería secundaria de ion litio.[0001] The present application relates to the field of batteries, and more particularly, to a lithium ion secondary battery.

ANTECEDENTESBACKGROUND

[0002] Con la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, los requisitos de la batería son más estrictos, tales como la batería tiene que ser a la vez pequeña y ligera, y también debe tener gran capacidad, ciclo largo y un rendimiento estable. Con este fin, los técnicos han realizado una variedad de esfuerzos desde el cátodo y el ánodo, los electrolitos de la batería y así sucesivamente.[0002] With the increasing popularity of electric vehicles, the requirements of the battery are more stringent, such as the battery has to be both small and light, and also has to have large capacity, long cycle and stable performance. To this end, technicians have made a variety of efforts from the cathode and anode, the battery electrolytes and so on.

[0003] Por ejemplo, con respecto al material activo positivo para una batería, NCM tiene una mayor capacidad y densidad en comparación con el fosfato de iones de litio (LFP). Por lo tanto, una célula que usa NCM tiene una mayor densidad de energía. Sin embargo, a diferencia de LFP cuyo volumen se contraerá cuando se cargue, el volumen de NCM se expandirá cuando se cargue; la fuerza de expansión dañará la interfaz entre el ánodo y el cátodo y provocará la falla de la batería. Por lo tanto, a pesar de la mayor densidad de energía, el ciclo de vida de la batería ternaria es a menudo peor que el de la batería de fosfato de iones de litio.[0003] For example, with respect to the positive active material for a battery, NCM has a higher capacity and density compared to lithium ion phosphate (LFP). Therefore, a cell using NCM has a higher energy density. However, unlike LFPs whose volume will shrink when loaded, NCM's volume will expand when loaded; The expansion force will damage the interface between the anode and the cathode and lead to battery failure. Therefore, despite the higher energy density, the life cycle of the ternary battery is often worse than that of the lithium-ion phosphate battery.

[0004] El documento JP2015164143 divulga un material negativo para una batería secundaria de electrolito no acuoso, en donde el material negativo comprende al menos: una partícula de grafito (A) que tiene una separación de superficie (d002) en un plano 002 de 3,37 Á o menos y una circularidad media de 0,9 o más en un método de difracción de gran angular de rayos X; y un material de carbono (B) que tiene una separación de superficie (d002) en un plano 002 de 3,37 Á o menos en un método de difracción de ángulo grande de rayos X. Dicho material de carbono mixto utilizado como electrodo negativo de una batería secundaria no acuosa presenta las características de una pequeña capacidad irreversible.[0004] Document JP2015164143 discloses a negative material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the negative material comprises at least: a graphite particle (A) having a surface separation (d002) in a 002 plane of 3 .37 Á or less and a mean circularity of 0.9 or more in a wide angle X-ray diffraction method; and a carbon material (B) having a surface separation (d002) in a 002 plane of 3.37 A or less in a large angle X-ray diffraction method. Said mixed carbon material used as a negative electrode of A non-aqueous secondary battery has the characteristics of a small irreversible capacity.

[0005] El documento EP3032620A1 se refiere a un material de electrodo negativo para una batería de iones de litio, hecho de un material compuesto que comprende partículas que contienen silicio, partículas de grafito artificial y una capa de revestimiento de carbono, en donde las partículas que contienen silicio son partículas de silicio que tienen una capa de SiOx (0<x<2) en la superficie de una partícula, tienen una relación de contenido de oxígeno de 1% en masa o más y 18% en masa o menos, y comprenden principalmente partículas que tienen un diámetro de partícula primaria de 200 nm o menos; y las partículas de grafito artificial tienen una forma similar a una escala. Utilizando el material del electrodo negativo, se puede producir una batería de iones de litio que tiene una alta capacitancia y excelentes características de ciclo de carga-descarga.[0005] Document EP3032620A1 refers to a negative electrode material for a lithium ion battery, made of a composite material comprising silicon-containing particles, artificial graphite particles and a carbon coating layer, wherein the particles Silicon-containing particles are silicon particles that have a layer of SiOx (0 <x <2) on the surface of a particle, have an oxygen content ratio of 1% by mass or more and 18% by mass or less, and they mainly comprise particles having a primary particle diameter of 200 nm or less; and the artificial graphite particles have a scale-like shape. Using the negative electrode material, a lithium ion battery can be produced which has high capacitance and excellent charge-discharge cycle characteristics.

[0006] El documento KR20140098424 describe un material activo positivo para una batería secundaria con propiedades mejoradas a baja temperatura, en donde el material activo positivo comprende un óxido de níquelmanganeso-cobalto de litio bimodal que consta de partículas pequeñas y partículas grandes, que tienen diferentes tamaños medios de partículas, y un fosfato de hierro, litio y olivino monomodal, en donde la diferencia en el contenido de Ni, Mn y Co en las partículas pequeñas y el contenido correspondiente de Ni, Mn y Co en las partículas grandes es 2% en moles o menos, o el contenido de Ni en las partículas pequeñas son 1-20% en moles más que el contenido de Ni en las partículas grandes.[0006] Document KR20140098424 describes a positive active material for a secondary battery with improved low temperature properties, wherein the positive active material comprises a bimodal lithium nickel-manganese cobalt oxide consisting of small particles and large particles, having different mean particle sizes, and a monomodal iron, lithium and olivine phosphate, where the difference in the content of Ni, Mn and Co in the small particles and the corresponding content of Ni, Mn and Co in the large particles is 2% in moles or less, or the Ni content in the small particles is 1-20% by mole more than the Ni content in the large particles.

[0007] Por lo tanto, sigue siendo un gran desafío para que coincida con material activo derecho positivo con el material activo negativo derecho con el fin de mejorar el rendimiento de la batería.[0007] Therefore, it remains a great challenge to match positive right active material with right negative active material in order to improve battery performance.

[0008] En vista de lo anterior, es necesario proporcionar una batería con un buen rendimiento.[0008] In view of the above, it is necessary to provide a battery with good performance.

SUMARIOSUMMARY

[0009] Un objeto de la presente solicitud es proporcionar una batería secundaria de ion litio que tiene rendimiento integral y equilibrado.[0009] An object of the present application is to provide a lithium ion secondary battery that has comprehensive and balanced performance.

[0010] Un objeto adicional de la presente solicitud es proporcionar una batería secundaria de iones de litio capaz de proporcionar tanto una larga vida de ciclo como alta densidad de energía sin sacrificar la densidad de energía de las baterías.[0010] A further object of the present application is to provide a lithium ion secondary battery capable of providing both long cycle life and high energy density without sacrificing the energy density of the batteries.

[0011] Los inventores han experimentado con un gran número de experimentos para encontrar sorprendentemente que un tipo particular de material activo positivo y material activo negativo para la batería se puede combinar para mejorar la vida de ciclo y densidad de energía de la batería secundaria de iones de litio a la misma hora. [0011] The inventors have experimented with a large number of experiments to surprisingly find that a particular type of positive active material and negative active material for the battery can be combined to improve the cycle life and energy density of the secondary ion battery. of lithium at the same time.

[0012] En particular, la presente solicitud proporciona una batería secundaria de iones de litio que comprende un cátodo, un ánodo, un separador y un electrolito, de acuerdo con la reivindicación independiente 1, en donde el ánodo comprende un colector de corriente negativo y una capa de material negativo, en donde la capa de material negativo comprende grafito que tiene un grado de grafitización del 94% al 98% y un tamaño de partícula medio D50 de 6 pm a 18 pm como material activo negativo.In particular, the present application provides a lithium ion secondary battery comprising a cathode, an anode, a separator and an electrolyte, according to independent claim 1, wherein the anode comprises a negative current collector and a negative material layer, wherein the negative material layer comprises graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and a D50 mean particle size of 6 pm to 18 pm as a negative active material.

[0013] En comparación con la técnica anterior, la batería secundaria de iones de litio que proporciona la presente aplicación puede tener tanto una larga vida de ciclo como alta densidad de energía mediante el uso de un material positivo específico y activo negativo.Compared to the prior art, the lithium ion secondary battery provided by the present application can have both long cycle life and high energy density through the use of a specific positive and negative active material.

[0014] La presente solicitud también se refiere a un método para producir la batería secundaria de iones de litio, que no forma parte de la presente invención, que comprende:[0014] The present application also relates to a method for producing the lithium-ion secondary battery, which is not part of the present invention, comprising:

1) preparar un cátodo mediante el uso de un material activo positivo con fórmula LixNiaCobMcO2, donde M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Mn y Al, 0,95 <x< 1,2, 0 <a <1,0 <b <1,0 <c <1 y a b c = 1;1) Prepare a cathode by using a positive active material with the formula LixNiaCobMcO2, where M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, 0.95 <x <1.2, 0 <a <1.0 <b <1,0 <c <1 and to bc = 1;

2) preparar un ánodo usando grafito que tiene un grado de grafitización del 94% al 98% y un tamaño de partícula promedio D50 de 6 pm a 18 pm como material activo negativo; y2) preparing an anode using graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and a D50 average particle size of 6 pm to 18 pm as negative active material; Y

3) ensamblar el cátodo preparado en el paso 1) y el ánodo preparado en el paso 2) en una batería.3) Assemble the cathode prepared in step 1) and the anode prepared in step 2) into a battery.

DESCRIPCIÓN DETALLADADETAILED DESCRIPTION

[0015] La presente solicitud se describirá con más detalle con referencia a las realizaciones y los dibujos adjuntos con el fin de aclarar los objetos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos ventajosos de la presente solicitud. Debe entenderse, sin embargo, que las formas de realización de la solicitud son simplemente con el propósito de explicar la aplicación y no pretenden limitar la aplicación, y que las formas de realización de la aplicación no se limitan a las formas de realización dadas en la especificación. Las condiciones experimentales no especificadas en los ejemplos se dan según las condiciones convencionales, o según las condiciones recomendadas por el proveedor del material.[0015] The present application will be described in more detail with reference to the accompanying embodiments and drawings in order to clarify the objects, technical solutions and advantageous technical effects of the present application. It should be understood, however, that the application embodiments are merely for the purpose of explaining the application and are not intended to limit the application, and that the application embodiments are not limited to the embodiments given in the specification. Experimental conditions not specified in the examples are given under conventional conditions, or under conditions recommended by the material supplier.

[0016] La presente solicitud proporciona una batería secundaria de iones de litio que comprende un cátodo, un ánodo, un separador y un electrolito,The present application provides a lithium ion secondary battery comprising a cathode, an anode, a separator and an electrolyte,

en donde el cátodo comprende un colector de corriente positivo y una capa de material positivo, en donde el material positivo capa comprende un material activo positivo con fórmula LixNiaCobMeO2, M es al menos uno seleccionado del grupo formado por Mn y Al, 0,95 <x< 1,2, 0 <a <1,0 <b <1,0 <c <1 y a b c = 1;wherein the cathode comprises a positive current collector and a layer of positive material, wherein the positive material layer comprises a positive active material with the formula LixNiaCobMeO2, M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, 0.95 < x <1.2, 0 <a <1.0 <b <1.0 <c <1 and bc = 1;

en donde el ánodo comprende un colector de corriente negativo y una capa de material negativo, en donde la capa de material negativo comprende grafito que tiene un grado de grafitización de 94% a 98% y un D50 del tamaño de partícula promedio de 6 pm a 18 pm como material activo negativo.wherein the anode comprises a negative current collector and a negative material layer, wherein the negative material layer comprises graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and a D50 of the average particle size of 6 pm to 18 pm as negative active material.

[0017] Los inventores creen que el grafito que tiene un grado de grafitización de 94% a 98% y un promedio de partícula de diámetro de D50 de 6 pm a 18 pm puede formar una alta estructura elástica dentro del material, y tiene una elasticidad mayor que el material de grafito convencional. Cuando se carga, el material activo positivo se expandirá y esto dará como resultado que la fuerza de extrusión al ánodo aumente. Sin embargo, el uso del grafito de alta elasticidad mencionado anteriormente hará que el ánodo tenga una fuerte capacidad de restauración después de soportar una gran presión, de modo que la superficie de contacto entre el material del ánodo permanezca intacta, para evitar daños en la interfaz del material y el fenómeno de desprendimiento causado por el expansión, que mejorará el rendimiento del ciclo de la batería sin pérdida de densidad energética. Sin embargo, la explicación anterior se proporciona con el propósito de facilitar la comprensión de los principios de la presente solicitud por parte de los expertos en la técnica y no debe interpretarse como una limitación de la aplicación. La presente solicitud no excluye la posibilidad de que se puedan establecer otros principios con el desarrollo de la tecnología.[0017] The inventors believe that graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and an average particle diameter of D50 from 6 pm to 18 pm can form a high elastic structure within the material, and has an elasticity Greater than conventional graphite material. When charged, the positive active material will expand and this will result in the extrusion force to the anode increasing. However, the use of the aforementioned high-elastic graphite will make the anode have strong restorative ability after withstanding high pressure, so that the contact surface between the anode material remains intact, to avoid damage to the interface of the material and the phenomenon of detachment caused by the expansion, which will improve the battery cycle performance without loss of energy density. However, the foregoing explanation is provided for the purpose of facilitating the understanding of the principles of the present application by those skilled in the art and should not be construed as a limitation on application. This application does not exclude the possibility that other principles may be established with the development of technology.

[0018] Los inventores han encontrado además que mayor será el grado de grafitización del grafito, mayor será la capacidad de la batería, pero un grado de grafitización demasiado alto dará lugar a la reducción de la distancia entre capas del grafito, y el cambio de volumen causado por la desintercalación de iones de litio durante la carga y descarga será excelente, lo que afectará la estabilidad de la capa SEI. Si el grado de grafitización es demasiado bajo, la cristalinidad del grafito es baja y los defectos de la red serán mayores, por lo que en el proceso de ciclado es probable que ocurran efectos secundarios que conducirán a la atenuación de la capacidad. A través de un gran número de experimentos, los inventores encontraron que el grado de grafitización del 94% al 98% es el correcto, preferiblemente del 94% al 96%.The inventors have further found that the higher the graphite degree of graphite, the greater the battery capacity, but too high a graphitization degree will lead to the reduction of the distance between the graphite layers, and the change of volume caused by lithium ion deintercalation during charging and discharging will be excellent, which will affect the stability of the SEI layer. If the degree of graphitization is too low, the crystallinity of the graphite is low and the network defects will be greater, so side effects are likely to occur in the cycling process that will lead to capacity attenuation. Through a large number of experiments, the inventors found that the degree of graphitization of 94% to 98% is correct, preferably 94% to 96%.

[0019] Los inventores han encontrado además que cuando el D50 del grafito es de más de 18 pm, hará que sea menor el número de las capas de apilamiento de las partículas, y es difícil formar una estructura elástica. Cuando el D50 es inferior a 6 pm, la fuerza de unión entre los materiales es demasiado débil, por lo que la adherencia a la placa del electrodo será deficiente, durante el ciclo es probable que se produzca un fenómeno de pelado y conducirá a una atenuación de la capacidad. Por lo tanto, el grafito debe tener un tamaño de partícula promedio D50 de 6 pm a 18 pm, preferiblemente de 6 pm a 12 pm. The inventors have further found that when the D50 of the graphite is more than 18 pm, it will make the number of the stacking layers of the particles less, and it is difficult to form an elastic structure. When the D50 is less than 6 pm, the bonding force between the materials is too weak, so the adhesion to the electrode plate will be poor, during the cycle peeling phenomenon is likely to occur and will lead to attenuation Of capacity. Therefore, the graphite should have a D50 average particle size of 6 pm to 18 pm, preferably 6 pm to 12 pm.

[0020] Con el fin de mejorar aún más el rendimiento de velocidad, la superficie del grafito también puede tener una capa de revestimiento. La capa de recubrimiento es normalmente un carbono amorfo, por ejemplo, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en negro de humo, coque, carbono blando y carbono duro. El contenido de carbono amorfo con respecto al peso total del material del electrodo es generalmente del 2% al 13%, preferiblemente del 5 al 10%. En algunas realizaciones, el carbono amorfo se obtiene mediante carbonización (a alta temperatura) de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en polivinil butiral, betún, resina furfural, resina epoxi o resina fenólica.[0020] In order to further improve the speed performance, the graphite surface may also have a coating layer. The coating layer is normally an amorphous carbon, for example at least one selected from the group consisting of carbon black, coke, soft carbon, and hard carbon. The amorphous carbon content with respect to the total weight of the electrode material is generally 2% to 13%, preferably 5 to 10%. In some embodiments, amorphous carbon is obtained by carbonization (at high temperature) of at least one material selected from the group consisting of polyvinyl butyral, bitumen, furfural resin, epoxy resin, or phenolic resin.

[0021] La batería secundaria de ion litio que comprende material positivo específico y material negativo específico antes mencionado se pueden preparar por un método conocido en el campo, tales como la siguiente:[0021] The lithium ion secondary battery comprising the aforementioned specific positive material and specific negative material can be prepared by a method known in the field, such as the following:

1. Preparación de cátodo1. Cathode preparation

[0022] En general, el material activo positivo, el conductor y el aglutinante se mezclan en una cierta proporción en peso, luego se agrega el solvente y la mezcla se agita bajo la acción de un agitador de vacío en un estado transparente uniforme para obtener una suspensión de material positivo; cubra el colector de corriente positiva con la lechada de material positivo; a continuación, secarlo y rajarlo para obtener un cátodo.[0022] In general, the positive active material, the conductor and the binder are mixed in a certain proportion by weight, then the solvent is added and the mixture is stirred under the action of a vacuum stirrer in a uniform transparent state to obtain a suspension of positive material; cover the positive current collector with the positive material slurry; then dry it and slit it to obtain a cathode.

[0023] El material activo positivo usado en la presente solicitud es LixNiaCobMcO2, en donde M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Mn y Al, 0,95 <x< 1,2, 0 <a < 1, 0 <b <1, 0 <c <1 y a b c = 1. Cuando M es Mn, la fórmula del material se abrevia como NCM; cuando M es Al, la fórmula del material se abrevia como NCA. Los materiales se pueden comprar a proveedores.[0023] The positive active material used in the present application is LixNiaCobMcO2, where M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, 0.95 <x <1.2, 0 <a <1.0 < b <1, 0 <c <1 and a bc = 1. When M is Mn, the material's formula is abbreviated as NCM; when M is Al, the material's formula is abbreviated as AQL. Materials can be purchased from suppliers.

[0024] Específicamente, el material activo positivo puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2, LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2, LiNi0,5Co0,25Mn0,25O2, LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2, LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2, LiNi0,85Co0,1Mn0,05O2 y LiNi0,8Co0,15Al0,05O2.Specifically, the positive active material can be at least one selected from the group consisting of LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2, LiNi0.6Co0.2Mn0, 2O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2 and LiNi0.8Co0.15Al0.05O2.

[0025] En una realización preferida de la presente solicitud, el contenido del material activo positivo es 94% a 98% en peso basado en el peso total de la capa de material positivo.[0025] In a preferred embodiment of the present application, the content of the positive active material is 94% to 98% by weight based on the total weight of the layer of positive material.

[0026] En algunas realizaciones de la presente solicitud, el material activo positivo también se puede dopar con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Al, Zr, Ti, B, Mg, V, Cr, F, con el fin de además mejorar el rendimiento de la batería.[0026] In some embodiments of the present application, the positive active material can also be doped with at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, B, Mg, V, Cr, F, in order to further improve battery performance.

[0027] En algunas realizaciones de la presente solicitud, formando una capa de revestimiento sobre el exterior del cristal de la materia activa positiva puede mejorar aún más el rendimiento de la batería, y la capa de revestimiento puede contener, por ejemplo, al menos uno de los elementos Al, Zr, Ti y B.[0027] In some embodiments of the present application, forming a coating layer on the exterior of the crystal of the positive active material can further improve the performance of the battery, and the coating layer can contain, for example, at least one of the elements Al, Zr, Ti and B.

2. Preparación de ánodo2. Preparation of anode

1) preparar el material negativo1) prepare negative material

[0028] En la presente solicitud, un grafito que tiene un grado de grafitización de 94% a 98% y un promedio de partícula D50 tamaño de 6 gm a 18 gm se utiliza como el material activo negativo. En la presente solicitud, el "grafito" tiene el significado que entienden bien los expertos en la técnica, y es un material de carbono adecuado como material negativo de batería que tiene principalmente la forma de una hoja de grafito en el interior. El grafito puede ser grafito natural, grafito artificial o una mezcla de los mismos. El grafito usado en la presente solicitud que tiene un grado de grafitización del 94% al 98% y un tamaño de partícula promedio D50 de 6 gm a 18 gm se puede preparar, por ejemplo, mediante el siguiente método:In the present application, a graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and an average D50 particle size of 6 gm to 18 gm is used as the negative active material. In the present application, "graphite" has the meaning well understood by those skilled in the art, and it is a carbon material suitable as a battery negative material that is primarily in the form of a sheet of graphite on the inside. The graphite can be natural graphite, artificial graphite, or a mixture thereof. The graphite used in the present application having a degree of graphitization of 94% to 98% and a D50 average particle size of 6 gm to 18 gm can be prepared, for example, by the following method:

(A) triturar el coque de agujas de petróleo calcinado o coque de agujas de carbón calcinado para obtener materias primas con un tamaño medio de partícula de 5-20 gm;(A) grinding the calcined petroleum needle coke or calcined coal needle coke to obtain raw materials with an average particle size of 5-20 gm;

(B) someter la materia prima obtenida en la etapa (A) a un tratamiento de conformación y luego someterla a un tratamiento de clasificación para ajustar la distribución del tamaño de partícula de la materia prima (preferiblemente, partículas grandes que tengan un tamaño de partícula mayor que D90 y se eliminan partículas pequeñas que tengan un tamaño de partícula menor que D10);(B) subjecting the raw material obtained in step (A) to a shaping treatment and then subjecting it to a sorting treatment to adjust the particle size distribution of the raw material (preferably large particles having a particle size greater than D90 and small particles having a particle size smaller than D10 are removed);

(C) tamizar la materia prima obtenida en el paso (B) y luego someterla a grafitización a alta temperatura, por ejemplo, en un horno de grafitización Acheson a una temperatura de, por ejemplo, 2800°C a 3250°C (preferiblemente 2850°C a 3200°C);(C) sieving the raw material obtained in step (B) and then subjecting it to high temperature graphitization, for example, in an Acheson graphitization oven at a temperature of, for example, 2800 ° C to 3250 ° C (preferably 2850 ° C to 3200 ° C);

(D) tamizar y desmagnetizar el material obtenido en el paso (C), para obtener el material negativo deseado.(D) sieve and demagnetize the material obtained in step (C), to obtain the desired negative material.

[0029] El tratamiento de conformación en el paso (B) es un método de tratamiento convencional en el proceso de preparación de artificial grafito, que es bien conocido para los expertos en la técnica y se pueden llevar a cabo usando cualquier máquina de conformación o de otro dispositivo de conformación utilizado comúnmente en la técnica. El tratamiento de clasificación en el paso (B) se puede llevar a cabo usando una pantalla de clasificación (método de tamizado), un clasificador por gravedad, un separador centrífugo o similar. Opcionalmente, después del paso (C), el paso de carbonización del revestimiento se puede llevar a cabo antes del paso (D), es decir, el producto obtenido en el paso (C) se mezcla con al menos un material seleccionado del grupo que consiste en polivinil butiral, betún, furfural. resina, resina epoxi o resina fenólica y sometidos a un tratamiento de carbonización a alta temperatura. La temperatura del tratamiento de carbonización es, por ejemplo, 900-1500°C, por ejemplo 1000-1400°C o 1100-1300°C.The shaping treatment in step (B) is a conventional treatment method in the process of preparing artificial graphite, which is well known to those skilled in the art and can be carried out using any shaping machine or of another forming device commonly used in the art. The sorting treatment in step (B) can be carried out using a sorting screen (sieving method), a gravity sorter, a centrifugal separator or the like. Optionally, after step (C), the Coating carbonization step can be carried out before step (D), that is, the product obtained in step (C) is mixed with at least one material selected from the group consisting of polyvinyl butyral, bitumen, furfural. resin, epoxy resin or phenolic resin and subjected to high temperature carbonization treatment. The temperature of the carbonization treatment is, for example, 900-1500 ° C, for example 1000-1400 ° C or 1100-1300 ° C.

[0030] Alternativamente, la presente solicitud también puede utilizar un grafito natural o grafito comercialmente disponible que tiene un grado de grafitización de 94% a 98% y un D50 de tamaño medio de partícula de 6 pm a 18 pm.[0030] Alternatively, the present application can also use a natural graphite or commercially available graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and a mean particle size D50 of 6 pm to 18 pm.

[0031] El grado de grafitización del grafito se puede determinar por métodos conocidos en el campo, por ejemplo por difractómetro de rayos X (referencia, por ejemplo, Qian Chongliang et al., "Graphitization Measurement of Carbon Material by X-ray Diffraction", Journal of Central South University of Technology, Vol. 32, N° 3, junio de 2001).The degree of graphitization of graphite can be determined by methods known in the field, for example by X-ray diffractometer (reference, for example, Qian Chongliang et al., "Graphitization Measurement of Carbon Material by X-ray Diffraction" , Journal of Central South University of Technology, Vol. 32, No. 3, June 2001).

[0032] El tamaño medio de partícula D50 del grafito se puede determinar convenientemente mediante el uso de un analizador de tamaño de partícula láser (por ejemplo, Malvern Master Size 2000).[0032] The mean D50 particle size of graphite can be conveniently determined using a laser particle size analyzer (eg Malvern Master Size 2000).

2) Montaje de ánodo2) Anode mounting

[0033] En general, el material activo negativo, el espesante, el aglutinante se mezclan en una cierta proporción en peso; luego se agrega el solvente para obtener la suspensión del electrodo negativo; luego cubra el colector de corriente negativa con la suspensión del electrodo negativo; luego séquelo y córtelo para obtener un ánodo.[0033] In general, the negative active material, the thickener, the binder are mixed in a certain proportion by weight; then the solvent is added to obtain the suspension of the negative electrode; then cover the negative current collector with the negative electrode suspension; then dry it and cut it to get an anode.

[0034] En una realización preferida de la presente solicitud, el contenido del material activo negativo es 94% a 98% en peso basado en el peso total de la capa de material negativo.In a preferred embodiment of the present application, the content of the negative active material is 94% to 98% by weight based on the total weight of the negative material layer.

3. Preparación de electrolito3. Electrolyte preparation

[0035] Como un electrolito no acuoso, se utiliza por lo general una solución de sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. Las sales de litio son, por ejemplo, sales de litio inorgánicas tales como LiClÜ4, LiPF6, LiBF4, LiAsb6, LiSbF6; o sales orgánicas de litio como LiCF3SÜ3, LiCF3CÜ2, Li2C2F4(SÜ3)2, LiN(CF3SÜ2)2, LiC(CF3SO2)3, LiCnF2n+1SÜ3(n>2). El disolvente orgánico usado en el electrolito no acuoso es, por ejemplo, un carbonato cíclico tal como carbonato de etileno, carbonato de propileno, carbonato de butileno y carbonato de vinileno; o un carbonato de cadena tal como dimetilcarbonato, dietilcarbonato y metiletilcarbonato; o un éster cíclico, como propionato de metilo, o un éster de cadena, como Y-butirolactona; o un éter de cadena tal como dimetoxietano, éter dietílico, éter dimetílico de dietilenglicol y éter dimetílico de trietilenglicol; o un éter cíclico como tetrahidrofurano y 2-metiltetrahidrofurano; o nitrilos como acetonitrilo y propionitrilo; o una mezcla de estos disolventes.As a non-aqueous electrolyte, a lithium salt solution dissolved in an organic solvent is generally used. The lithium salts are, for example, inorganic lithium salts such as LiClÜ4, LiPF6, LiBF4, LiAsb6, LiSbF6; or organic lithium salts such as LiCF3SÜ3, LiCF3CÜ2, Li2C2F4 (SÜ3) 2, LiN (CF3SÜ2) 2, LiC (CF3SO2) 3, LiCnF2n + 1SÜ3 (n> 2). The organic solvent used in the non-aqueous electrolyte is, for example, a cyclic carbonate such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; or a chain carbonate such as dimethylcarbonate, diethylcarbonate, and methylethylcarbonate; or a cyclic ester, such as methyl propionate, or a chain ester, such as Y-butyrolactone; or a chain ether such as dimethoxyethane, diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and triethylene glycol dimethyl ether; or a cyclic ether such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; or nitriles such as acetonitrile and propionitrile; or a mixture of these solvents.

[0036] Por ejemplo, carbonato de etileno (CE), metilo-etilo-carbonato (MEC) y carbonato de dietilo (CED) se mezclaron de acuerdo con una cierta relación de volumen, y luego la sal de litio suficientemente seca LipF6 se disolvió en un disolvente orgánico mixto para preparar un electrolito.[0036] For example, ethylene carbonate (CE), methyl-ethyl-carbonate (MEC) and diethyl carbonate (CED) were mixed according to a certain volume ratio, and then the sufficiently dry lithium salt LipF6 was dissolved in a mixed organic solvent to prepare an electrolyte.

4. Separador4. Separator

[0037] No hay ningún requisito especial para el separador. En particular, el separador puede seleccionarse entre una película de polietileno, una película de polipropileno, una película de fluoruro de polivinilideno y una película compuesta multicapa de las mismas, dependiendo de los requisitos reales.[0037] There is no special requirement for the spacer. In particular, the separator can be selected from a polyethylene film, a polypropylene film, a polyvinylidene fluoride film, and a multilayer composite film thereof, depending on the actual requirements.

5. Preparación de la batería5. Battery preparation

[0038] Pon el separador entre el cátodo y el ánodo, a continuación, devanado, la inserción de rollo de gelatina, la inyección de electrolito, etc., para obtener la batería de iones de litio.[0038] Put the spacer between the cathode and anode, then winding, inserting gelatin roll, injection of electrolyte, etc., to get the lithium ion battery.

[0039] Los efectos ventajosos de la presente solicitud se describirán adicionalmente a continuación con referencia a los siguientes ejemplos.The advantageous effects of the present application will be further described below with reference to the following examples.

1. Preparación del material y la batería de montaje1. Preparation of mounting material and battery

[0040][0040]

(1) La preparación de un cátodo: LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2, SuperP (agente conductor), PVDF (aglutinante) se mezclaron en una relación de masas de 97:1:2, luego se añadió un disolvente. La mezcla se agitó en un mezclador de vacío en un sistema uniforme y transparente, para obtener la suspensión del electrodo positivo. La suspensión del electrodo positivo se revistió uniformemente sobre la hoja de aluminio del colector de corriente positiva; luego la hoja de aluminio se secó a temperatura ambiente y luego se transfirió al horno para secar, y luego se obtuvo el cátodo mediante prensado y corte en frío.(1) The preparation of a cathode: LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, SuperP (conductive agent), PVDF (binder) were mixed in a mass ratio of 97: 1: 2, then a solvent was added. The mixture was stirred in a vacuum mixer in a uniform and transparent system, to obtain the suspension of the positive electrode. The suspension of the positive electrode was uniformly coated on the aluminum foil of the positive current collector; then the aluminum foil was dried at room temperature and then transferred to the oven to dry, and then the cathode was obtained by cold pressing and cutting.

(2) La preparación de un ánodo: se tomaron muestras de material activo de ánodo de grafito artificial y se midió el tamaño de partícula de la muestra utilizando el análisis de tamaño de partícula con láser Malvern Master Size 2000, y el grado de grafitización de la muestra se midió utilizando X-difractómetro de rayos. Los resultados de la prueba se pueden encontrar en la Tabla 1. El material activo negativo de grafito artificial, carboximetilcelulosa de sodio (espesante) y SBR (aglutinante de caucho de estireno-butadieno) se mezclaron en una proporción de masa de 97:1.2:1.8 y se agregó agua desionizada, luego, bajo la acción de un agitador de vacío, se obtuvo una suspensión de electrodo negativo. La suspensión del electrodo negativo se revistió uniformemente sobre la lámina de cobre del colector de corriente negativa; la hoja de cobre se secó a temperatura ambiente y luego se transfirió al horno para secar, y luego se obtuvo el ánodo mediante prensado y corte en frío.(2) Preparation of an anode: samples of artificial graphite anode active material were taken and measured the particle size of the sample using Malvern Master Size 2000 laser particle size analysis, and the degree of graphitization of the sample was measured using X-ray diffractometer. The test results can be found in Table 1. The artificial graphite negative active material, sodium carboxymethylcellulose (thickener) and SBR (styrene-butadiene rubber binder) were mixed in a mass ratio of 97: 1.2: 1.8 and deionized water was added, then, under the action of a vacuum stirrer, a negative electrode suspension was obtained. The suspension of the negative electrode was uniformly coated on the copper foil of the negative current collector; the copper foil was dried at room temperature and then transferred to the oven to dry, and then the anode was obtained by cold pressing and cutting.

(3) La preparación de un electrolito: se mezclaron carbonato de etileno (CE), metilo etilo carbonato (MEC) y dietil carbonato (DEC) en una proporción de volumen de 3:6:1, seguido de la disolución de la sal de litio LipF6 completamente seca en un disolvente orgánico mixto a una concentración de 1 mol/L para preparar un electrolito.(3) Preparation of an electrolyte: ethylene carbonate (CE), methyl ethyl carbonate (MEC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 3: 6: 1, followed by dissolving the salt of Completely dry LipF6 lithium in a mixed organic solvent at a concentration of 1 mol / L to prepare an electrolyte.

(4) Separador: se utilizó una película de aislamiento compuesta de PP/PE de 12 micras.(4) Separator: 12 micron PP / PE composite insulation film was used.

(5) La preparación de la batería llena: el cátodo, el separador, el ánodo se apilaron en orden, de modo que el separador se segregó entre el cátodo y el ánodo, y luego se arrolló la pila para obtener una célula desnuda; las células desnudas se colocaron en la envoltura exterior del embalaje. El electrolito preparado se vertió en pilas desnudas secas y la batería de iones de litio se obtuvo mediante envasado al vacío, reposo, tratamiento químico, conformado y similares.(5) The preparation of the full battery: the cathode, the separator, the anode were stacked in order, so that the separator was segregated between the cathode and the anode, and then the battery was wound to obtain a bare cell; the naked cells were placed in the outer wrapper of the packaging. The prepared electrolyte was poured into dry bare cells, and the lithium ion battery was obtained by vacuum packing, standing, chemical treatment, shaping and the like.

2. Rendimiento del ciclo:2. Cycle performance:

[0041] A 25°C, la batería se cargó y descargó primero de la siguiente manera: carga de corriente constante y carga de voltaje constante con una corriente constante de 1C hasta el límite superior de voltaje de 4.2V, luego corriente constante descargando con una corriente constante de 1C hasta el voltaje final de 2.8V, registrando la capacidad de descarga del primer ciclo. Los ciclos de carga/descarga se realizaron de esta manera.[0041] At 25 ° C, the battery was first charged and discharged as follows: constant current charging and constant voltage charging with a constant current of 1C to the upper voltage limit of 4.2V, then constant current discharging with a constant current of 1C to the final voltage of 2.8V, recording the discharge capacity of the first cycle. The charge / discharge cycles were performed in this manner.

[0042] La velocidad de retención de capacidad de ciclo = (capacidad de descarga de la capacidad de n° ciclo/descarga en el primer ciclo) x 100[0042] Cycle capacity retention rate = (discharge capacity of the n ° cycle / discharge capacity in the first cycle) x 100

Ejemplos 2-12 (Ejemplo 5 no está de acuerdo con la invención)Examples 2-12 (Example 5 is not according to the invention)

[0043] Ejemplo 1 se repitió utilizando diferentes materiales activos positivos y materiales activos negativos. Los parámetros de los materiales y los datos de rendimiento de la batería se resumen en la Tabla 1.[0043] Example 1 was repeated using different positive active materials and negative active materials. The battery performance data and material parameters are summarized in Table 1.

Ejemplos comparativos 1-4Comparative Examples 1-4

[0044] El Ejemplo 1 se repitió utilizando diferentes materiales activos positivos y materiales activos negativos. Los parámetros de los materiales y los datos de rendimiento de la batería se resumen en la Tabla 1. [0044] Example 1 was repeated using different positive active materials and negative active materials. The battery performance data and material parameters are summarized in Table 1.

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[0045] Análisis de resultado de la prueba:[0045] Test result analysis:

1. Como se puede observar a partir del análisis de los Ejemplos 1 -4 y Ejemplos Comparativos 1 -2:1. As can be seen from the analysis of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2:

Cuando el D50 del material negativo no estaba dentro del alcance de la presente solicitud, el rendimiento de ciclo de la batería se redujo notablemente. En los Ejemplos 1-4, se encontró que cuando el grado de grafitización era constante, el rendimiento del ciclo de la batería disminuía gradualmente con el aumento del tamaño medio de partícula del material, preferiblemente en el intervalo de 6-12 pm.When the D50 of the negative material was not within the scope of the present application, the cycle performance of the battery was markedly reduced. In Examples 1-4, it was found that when the degree of graphitization was constant, the battery cycle performance gradually decreased with increasing average particle size of the material, preferably in the range of 6-12 pm.

2. Como puede verse en el análisis de los ejemplos 2, 5-7 y los ejemplos comparativos 3-4:2. As can be seen from the analysis of Examples 2, 5-7 and Comparative Examples 3-4:

cuando el grado de grafitización del material negativo no estaba dentro del alcance de la presente solicitud, el rendimiento del ciclo de la batería se deterioró notablemente. En los Ejemplos 2 y 5-7, se puede ver que cuando el tamaño medio de partícula del material era constante, el rendimiento del ciclo de la batería disminuía gradualmente con el aumento del grado de grafitización, preferiblemente en el intervalo del 94% al 96%.When the degree of graphitization of the negative material was not within the scope of the present application, the battery cycle performance was markedly deteriorated. In Examples 2 and 5-7, it can be seen that when the mean particle size of the material was constant, the battery cycle performance gradually decreased with increasing degree of graphitization, preferably in the range of 94 to 96%. %.

3. Como puede verse en el análisis de los Ejemplos 2 y 11-12, cuando el material positivo fue dopado y/o revestido, el rendimiento del ciclo de la batería puede mejorarse aún más.3. As can be seen from the analysis of Examples 2 and 11-12, when the positive material was doped and / or coated, the battery cycle performance can be further improved.

[0046] Será evidente para los expertos en la técnica que la presente solicitud puede ser modificada y variada de acuerdo con las enseñanzas anteriores. Por consiguiente, la presente solicitud no se limita a las realizaciones específicas descritas anteriormente, y se pretende que las modificaciones y variaciones de la presente solicitud estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente solicitud. Además, aunque se usa alguna terminología específica en esta especificación, estos términos son solo por conveniencia de ilustración y no pretenden limitar la presente solicitud de ninguna manera. [0046] It will be apparent to those skilled in the art that the present application can be modified and varied in accordance with the above teachings. Accordingly, the present application is not limited to the specific embodiments described above, and modifications and variations of the present application are intended to be included within the scope of the claims of the present application. Furthermore, although some specific terminology is used in this specification, these terms are for the convenience of illustration only and are not intended to limit the present application in any way.

Claims (12)

REIVINDICACIONES 1. Una batería secundaria de iones de litio que comprende un cátodo, un ánodo, un separador y un electrolito, en donde el ánodo comprende un colector de corriente negativa y una capa de material negativo, y la capa de material negativo comprende grafito que tiene un grado de grafitización del 94% a 98% y un tamaño de partícula promedio D50 de 6 pm a 18 pm como material activo negativo.1. A lithium ion secondary battery comprising a cathode, an anode, a separator and an electrolyte, wherein the anode comprises a negative current collector and a negative material layer, and the negative material layer comprises graphite having a degree of graphitization of 94% to 98% and an average particle size D50 of 6 pm to 18 pm as negative active material. 2. Batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 1, en donde el grado de grafitización del material activo negativo es del 94% al 96%.2. Lithium-ion secondary battery according to claim 1, wherein the degree of graphitization of the negative active material is 94% to 96%. 3. Batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 1, en donde el grafito se selecciona entre grafito natural, grafito artificial o una mezcla de los mismos.3. Lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the graphite is selected from natural graphite, artificial graphite or a mixture thereof. 4. La batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 1, en donde el cátodo comprende un colector de corriente positiva y una capa de material positivo, y la capa de material positivo comprende un material activo positivo con fórmula LixNiaCobMcO2, M es al menos uno seleccionado del grupo que consta de Mn y Al, 0,95 <x< 1,2, 0 <a <1, 0 <b <1,0 <c <1 y a b c = 1.The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the cathode comprises a positive current collector and a layer of positive material, and the layer of positive material comprises a positive active material with the formula LixNiaCobMcO2, M is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, 0.95 <x <1.2, 0 <a <1, 0 <b <1.0 <c <1 and bc = 1. 5. La batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 4, en donde el material activo positivo es al menos uno seleccionado del grupo formado por LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2, LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2, LiNi0,5Co0,25Mn0,25O2, LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2, LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2, LiNi0,85Co0,1Mn0,05O2 y LiNi0,8Co0,15Al0,05O2.5. The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the positive active material is at least one selected from the group consisting of LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.5Co0.25Mn0 , 25O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2 and LiNi0.8Co0.15Al0.05O2. 6. La batería secundaria de iones de litio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en donde el material activo positivo tiene un elemento dopante seleccionado de al menos uno de Al, Zr, Ti, B, Mg, V, Cr y F. The lithium ion secondary battery according to any one of claims 4-5, wherein the positive active material has a doping element selected from at least one of Al, Zr, Ti, B, Mg, V, Cr and F. 7. La batería secundaria de iones de litio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en donde el material activo positivo tiene una capa de recubrimiento y la capa de revestimiento contiene al menos un elemento seleccionado de al, Zr, Ti, y B.The lithium ion secondary battery according to any one of claims 4-6, wherein the positive active material has a coating layer and the coating layer contains at least one element selected from Al, Zr, Ti, and B. 8. La batería secundaria de ion de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material activo negativo tiene una capa de revestimiento y la capa de revestimiento comprende carbono amorfo.The lithium ion secondary battery according to any of claims 1 to 3, wherein the negative active material has a coating layer and the coating layer comprises amorphous carbon. 9. La batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 8, caracterizada porque el carbono amorfo se obtiene mediante la carbonización de al menos un material seleccionado del grupo constituido por polivinil butiral, betún, resina furfural, resina epoxi o resina fenólica.The lithium ion secondary battery according to claim 8, characterized in that the amorphous carbon is obtained by carbonization of at least one material selected from the group consisting of polyvinyl butyral, bitumen, furfural resin, epoxy resin or phenolic resin. 10. Batería secundaria de iones de litio según la reivindicación 8, en donde el contenido de carbono amorfo es del 2% al 13%, preferiblemente del 5% al 10%, basado en el peso total del material activo negativo.A lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein the amorphous carbon content is 2% to 13%, preferably 5% to 10%, based on the total weight of the negative active material. 11. La batería secundaria de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el contenido del material activo negativo es del 92% al 98%, basado en el peso total de la capa de material negativo.The lithium ion secondary battery according to any of claims 1-3, wherein the content of the negative active material is 92% to 98%, based on the total weight of the negative material layer. 12. La batería secundaria de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en donde el contenido del material activo positivo es del 92% al 98%, basado en el peso total de la capa de material positivo. 12. The lithium ion secondary battery according to any of claims 4-7, wherein the content of the positive active material is 92% to 98%, based on the total weight of the layer of positive material.
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